Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА

АВТОНОМНОЙ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

КРПТУЗ «АРМЯНСКОЕ ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ УЧИЛИЩЕ

ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

Утверждаю:

Заместитель директора по УПР

__________ А.В. Литвиненко

«____» ______________ 2013 г.

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Тема: Монтаж, т.о. и ремонт машин постоянного тока серии 4П

Учащегося: ___________________________________________________

(подпись) (Ф.И.О.)

Группа № 101

Профессия:7241 Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования;

Мастер производственного обучения: _________________ И.Н. Емельянова

Консультанты по разделам:

по спецтехнологии: ______________________ Л.А.Овод

РЕЦЕНЗИЯ: __________________________________________________________________

__________________________________________________________________

Работа допущена к защите: __________________________________________

Руководитель дипломной работы: _____________________ Л.А.Овод

г.Армянск - 2013 г.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА АРК

КРПТУЗ «АРМЯНСКОЕ ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ УЧИЛИЩЕ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

ЗАДАНИЕ

Выдано учащемуся группы №101

Ф.И.О. Лысенко Тимуру Руслановичу

Для выполнения дипломной работы, представляемой Государственной квалификационной комиссии

Профессия:7241Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования;

Тема дипломной работы: Монтаж, т.о. и ремонт машин постоянного тока серии 4П.

1. График выполнения дипломной работы

Раздел	Наименование раздела	Срок выполнения разделов дипломной работы	Отчет о выполнении
I	Пояснительная записка
	Аннотация. Содержание. Введение.
1	Раздел. Общая часть.
1.1	Назначение и технические характеристики электрооборудования.
1.2.	Устройство и принцип действия .
2.	Раздел. Специальная часть.
2.1	Техническое обслуживание .
2.2	Основные неисправности.
2.3	Ремонт.
2.4	Монтаж.
2.5	Пусконаладочные работы при вводе в эксплуатацию.
3	Раздел. Охрана труда.
3.1	ТБ при техническом обслуживании и ремонте.
3.2	Электробезопасность в ЭУ напряжением до 1000 В.
3.3	Пожаробезопасность в ЭУ напряжением до 1000 В.
	Список использованной литературы.
II	Графическая часть.
Лист 1	Общий вид прибора.
Лист 2

2. Сведения об изменениях при выполнении дипломной работы __________________________________________________________________

3. Дата выдачи задания _________________________________________

4. Срок выполнения дипломной работы __________________________

Задание выдал преподаватель ___________________________________

Пояснительная записка

Машина постоянного тока -- электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима.

Машина постоянного тока образуется из синхронной обращённой конструкции, если её якорь снабдить коллектором, который в генераторном режиме играет роль выпрямителя, а в двигательном -- преобразователя частоты. Благодаря наличию коллектора по обмотке якоря проходит переменный ток, а во внешней цепи, связанной с якорем, -- постоянный.

Принципиальная возможность создания электродвигателя постоянного тока была впервые показана М. Фарадеем в 1821 г.; в созданном им приборе проводник, по которому пропускали постоянный ток, вращался вокруг магнита.

Двигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением был создан в России акад. Б. С. Якоби в 1834 г., который назвал его магнитной машиной. В 1838 г. им был построен более мощный электродвигатель, который использовался для привода гребного винта речного катера. Принцип обратимости электрических машин был также впервые сформулирован русским физиком акад. Э. X. Ленцем. В дальнейшем ряд коллекторных машин постоянного тока был созданГ. Феррарисом, В. Сименсом и др. Значительное развитие теория электрических машин постоянного тока получила в трудах Д. А. Лачинова. В 1880 г. он опубликовал труд «Электромеханическая работа», в котором рассмотрел вопросы, создания вращающего момента электродвигателя, КПД электрических машин, условия питания электродвигателя от генератора и дал классификацию машин постоянного тока по способу возбуждения.

В XX столетии продолжалось развитие теории и совершенствование конструкции машин постоянного тока. Большое внимание обращалось на повышение надежности этих машин путем устранения причин, вызывающих возникновения искрения под щетками (улучшения коммутации) и образования кругового огня на коллекторе.

Важное значение в решении всех теоретических и практических вопросов работы машин постоянного тока имели труды советских ученых: А. Е. Алексеева, Д. А. Завалишина, Г. А. Люста, А. Б. Иоффе, В. Т. Касьянова, М. П. Костенко, В. С. Кулебакина, С. И. Курбатова, Л. М. Пиотровского, Е. М. Синельникова, В., А. Толвинского, К. И. Шенфера, венгерского электротехника О. В. Бенедикта и др.

В настоящее время в рамках Интерэлектро разработана серия электродвигателей постоянного тока типа ПИ мощностью от 0,25 до 750 кВт, которая выпускается электропромышленностью всех стран -- членов СЭВ. Эти двигатели Предназначены для регулируемых электроприводов и рассчитаны на питание от полупроводниковых преобразователей. Кроме того, электропромышленность выпускает ряд двигателей постоянного тока специального исполнения -- для электротяги, экскаваторов, металлургического оборудования, шахтных подъемников, буровых установок, морских и речных судов и других приводов мощностью от нескольких сотен до нескольких тысяч кВт.

1. Аннотация

В настоящем дипломном проекте изложены основные положения и произведены расчеты электроснабжения котельного цеха ПАО «Крымский Содовый Завод».

Произведен расчет и проверка машины постоянного тока серии 4П, и напряжения на турбинном отделении, рассчитаны токи коротких замыканий, произведен выбор и проверка защитных устройств оборудования и токоведущих частей на действие токов коротких замыканий.

Произведены необходимые мероприятия и приведены средства по защите обслуживающего и оперативного персонала согласно межотраслевым правилам по охране труда при эксплуатации электроустановок.

Пояснительная записка: 44 стр.; 17 рис.; 3 табл.; 3 литературных источников.

2 чертежа формата А1.

Пояснительная записка состоит из трех разделов.

В первом разделе дается определение и назначение машин постоянного тока серии 4П.

Во втором разделе рассмотрим обслуживание, неисправности, ремонт, монтаж и пусконаладачные работы машин постоянного тока серии 4П.

В третьем розделе говорится о технике безопасности и охране труда.

2. СОДЕРЖАНИЕ

I. Пояснительная записка

1. Аннотация

2. Содержание

3. Введение

1.Раздел.Общая часть

1.1 Назначение и технические характеристики электрооборудования

1.2 Устройство и принцип действия

2.Раздел.Специальная часть

2.1 Техническое обслуживание

2.2 Основные неисправности

2.3 Ремонт

2.4 Монтаж

2.5 Пусконаладочные работы при вводе в эксплуатацию

3.Раздел.Охрана труда

3.1 ТБ при техническом обслуживании и ремонте

3.2 Электробезопасность в ЭУ напряжением до 1000 В

3.3 Пожаробезопасность в ЭУ напряжением до 1000 В

Список использованной литературы

II.Графическая часть

Лист 1. Общий вид прибора

3. Введение ток постоянный машина монтаж

Все электрические машины служат для преобразования энергии:

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ энергии в МЕХАНИЧЕСКУЮ называют ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ.

МЕХАНИЧЕСКОЙ энергии в ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ называют ГЕНЕРАТОРЫ.

1. преобразования ЧАСТОТЫ переменного тока ,

2.преобразования ОДНОГО рода тока в ДРУГОЙ,

3.преобразования постоянного тока ОДНОГО напряжения в постоянный ток ДРУГОГО напряжения, называют

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.

Конструктивное исполнение машин постоянного тока много- и разнообразно, которое зависит от мощности, условия применения, степени защиты, климатическому исполнению, способу монтажа и охлаждения и пр. Но принцип действия един. Не будем, также, вдаваться в историю создания, об этом очень много написано. Здесь же, я хочу наглядно привести один пример этого детища электротехники.

Главной отличительной особенностью МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА -- является наличие КОЛЛЕКТОРА

Любая электрическая машина, способна работать как в режиме генератора, так и электродвигателя, в зависимости от того, какую энергию к ней подвести -- если электрическую, то электрическая машина будет работать в режиме электродвигателя, а если механическую -- то будет работать в режиме генератора. Однако электрические машины, как правило предназначены заводом изготовителем для одного режима работы.

Показатели электрических машин:

? Номинальная мощность -- выражается в Ваттах, Киловаттах, Мегаваттах

? Номинальное напряжение. В 3-х фазных машинах -- междуфазное (линейное) напряжение.

? Режим работы -- определяется предприятием изготовителем.

? Номинальный ток -- соответствует номинальному режиму работы.

? Условия -- применение электрических машин.

? Частота вращения -- соответствует работе электрической машины при номинальной мощности, напряжения, частоте тока и условия применения..

? КПД (коэффициент полезного действия) -- отношение полезной (отдаваемой) активной мощности, к затрачиваемой (подводимой)

? Нагрузка -- мощность, которая развивает электрическая машина в данный момент времени

? Перегрузка -- превышение фактической нагрузки машины над ее номинальной нагрузкой, которая выражается в процентах или долях номинальной нагрузки

? Температура -- рабочая температура активной части электрической машины. При неизменной номинальной температуре окружающей среды -- соответствующая номинальному режиму работы. электрической машины. Разность между температурой отдельной активной частью электрической машины и окружающей средой называют превышением температуры.

1.1 Назначение и технические характеристики электрооборудования машин постоянного тока серии 4П

Назначение. Машины постоянного тока применяют в качестве электродвигателей и генераторов. Электродвигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, значительную перегрузочную способность и позволяют получать как жесткие, так и мягкие механические характеристики. Поэтому их широко используют для привода различных механизмов в черной металлургии (прокатные станы, кантователи, роликовые транспортеры), на транспорте (электровозы, тепловозы, электропоезда, электромобили), в грузоподъемных и землеройных устройствах (краны, шахтные подъемники, экскаваторы), на морских и речных судах, в металлообрабатывающей, бумажной, текстильной, полиграфической промышленности и др. Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики.Конструкция двигателей постоянного тока сложнее и их стоимость выше, чем асинхронных двигателей. Однако в связи с широким применением автоматизированного электропривода и тиристорных преобразователей, позволяющих питать электродвигатели постоянного тока регулируемым напряжением от сети переменного тока, эти электродвигатели широко используют в различных отраслях народного хозяйства.

Генераторы постоянного тока ранее широко использовались для питания электродвигателей постоянного тока в стационарных и передвижных установках, а также как источники Электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей, питания электролизных и гальванических ванн, для электроснабжения различных электрических потребителей на автомобилях, самолетах, пассажирских вагонах, электровозах, тепловозах и др

Электрические машины постоянного тока серии 4П (двигатели, генераторы, возбудители) предназначены для комплектации бумагоделательных, красильно-отделочных и подъемно-транспортных машин, полимерного оборудования, буровых станков и вспомогательных агрегатов экскаваторов.

Машины серии 4П (модификация) габаритов 200-315 мм, мощностью до 200 кВт предназначены для работы в продолжительном номинальном режиме S1.

Машины рассчитаны для установки в закрытых помещениях с невзрывоопасной окружающей средой, не содержащей токопроводящую пыль в концентрациях, снижающих параметры машин.

Содержание пыли в охлаждающем воздухе не должно превышать 0,4 мг/м³. Содержание пыли в охлаждающем воздухе генераторов и возбудителей, устанавливаемых на вспомогательных агрегатах экскаваторов, не должно превышать 4 мг/м³.

Таблица 1.
Климатическое исполнение	Температура, ° C	Относительная влажность, %	Высота над уровнем моря, м, не более
	верхнее значение	нижнее значение
УХЛ4 О4 У3	+40 +55 +45	+1 +1 ?50	80 при 25°C 98 при 35°C 98 при 25°C	1000 1000 1000

Условия окружающей среды указаны в табл. 1.

Габаритные и присоединительные размеры электродвигателя 4П

Общие технические характеристики двигателей 4П

Электродвигатели постоянного тока 4П применяются в регулируемых электроприводах, подключенным к полупроводниковым преобразователям или к другим источникам питания таких как генераторы, аккумуляторные батареи.

Электрические машины постоянного тока 4П выпускаются в общепромышленном и экспортном исполнении. Электродвигатели 4ПБ могут выпускаться со встроенным тахогенератором ТП-75-20-0,2, ТП-80, а так же со встроенным фотоимпульсным датчиком типа ЛИР для обеспечения обратной связи по частоте вращения углу поворота.

· Максимальная частота вращения электрических машин 4П - 4000 об/мин.

· Высота оси вращения электрических машин - 80, 100, 112 мм.

· Степень защиты двигателей - IP 44.

· Исполнение электродвигателей по способу монтажа - IM 1041, IM 2141, IM 3641.

· Номинальный режим работы электрической машины - S1.

· Направление вращения вала двигателя - реверсивное.

· Охлаждение - естественное, с наружным обдувом от вентилятора на валу двигателя, от независимого вентилятора.

· Возбуждение двигателя - независимое, класс изоляции обмоток F, допускают перегрузку по току якоря 4*1 ном. В течение 12 секунд.

Условия эксплуатации электродвигателей постоянного тока 4П

Высота над уровнем моря до 1000 метров. Температура окружающей среды от + 1 до + 40 С при относительной влажности окружающего воздуха 80 %.

Условные обозначения электрических машин 4П

4ПО112L104
П - электрическая машина постоянного тока.

О - исполнение по роду защиты и способа охлаждения (O - с наружным обдувом от вентилятора на валу электродвигателя; Б - закрытое с естественным охлаждением).

112 - высота оси вращения, мм(80, 100, 112).

L - условная длина сердечника якоря (M, L, S).

1 - первая длина, 2 - вторая длина.

04 - климатическое исполнение (УХЛ, О) и категория размещения по ГОСТ 15150-69 (04 - общеклиматическое).

1.2 Устройство и принцип действия машин постоянного тока серии 4П

УСТРОЙСТВО И РАБОТА ИЗДЕЛИЯ

По принципу действия машины не отличаются от обычных машин постоянного тока.

Устройство машин серии 4П (основное исполнение) представлено на рис. 1.

Магнитная система имеет стальную станину к которой крепятся главные и добавочные полюса с насаженными на них катушками.

Катушки соединены между собой кабелями.

Якорь состоит из пакета листов электротехнической стали с аксиальными вентиляционными каналами и обмоткой в пазах.

Обмотка соединяется с коллектором, который состоит из пластин коллекторной меди, изолированных друг от друга и от корпуса.

Конструкция траверсы обеспечивает регулирование нейтрали, а также возможность регулирования расстояния между щеткодержателем и коллектором.

Коробка выводов расположена на станине машин, сверху. В машинах 4П200, 4П225, 4П250 предусмотрена возможность поворота ее вокруг вертикальной оси через 90°.

Рис. 1. Машина постоянного тока серии 4П (основное исполнение)
1--жалюзи; 2--крышка; 3--траверса; 4--коллектор; 5--щит задний; 6--станина;	7--полюс добавочный обмотанный; 8--сердечник якоря; 9--диафрагма; 10--обмотка якоря; 11--щит передний;	12--кольцо лабиринтное; 13 - масленка (ввод смазки); 14--болт заземления; 15--коробка выводов; 16--полюс главный обмотанный; 17--болт-пробка (выход отработанной смазки)

На колодку выводов выводятся начала и

концы обмоток якоря и дополнительных полюсов (A1-B2) стабилизирующей обмотки (D1-D2), шунтовой обмотки возбуждения (E1-E2, E3-E4), независимой обмотки возбуждения (F1-F2, F5-F6), термодатчиков (T1-T2) и вывод нулевой точки -- 0. Тахогенератор имеет отдельный штепсельный разъем, расположенный в нижней части защитного колпака. Допускается начала и концы тахогенератораГ1 и Г2 выводить на колодку выводов.
Схемы внутренних и внешних соединений приведены в приложении 2.

Степени защиты машин по ГОСТ 17494--87 и способы охлаждения по ГОСТ 20459--87, а также обозначения машин в зависимости от исполнения по степени защиты и способа охлаждения должны соответствовать указанным втабл. 2.

Машины имеют обозначение:

§ защищенные с самовентиляцией ..................4ПН (4П2В--возбудители)

§ защищенные с независимой вентиляцией......4ПФМ

§ закрытые с естественным охлаждением........4ПБМ

§ закрытые, продуваемые от
постороннего вентилятора...........................4ППМ

§ обдуваемые.................................................4ПОМ

Генераторы в обозначении после типа машины имеют букву «Г», например: 4ПНГ280S, 4ПФМГ280S.

Машины с независимой вентиляцией 4ПФМ выполняются с тремя способами охлаждения по ГОСТ 20459-87, которые осуществляются:

§ при IC05 - мотор-вентилятором типа БМВ (для машин 4ПФМ225-250), расположенным с торца машины (со стороны привода);

§ при IC06 - высоконапорным вентилятором типа «Наездник», устанавливаемым сверху на станине с приводным асинхронным двигателем (для машин типа 4ПФМ225--315), или мотор-вентилятором с приводным асинхронным двигателем, расположенным со стороны коллектора (для машин 4ПФМ200);

§ при IC17 - через подводящую трубу вентилятора с приводным двигателем, не устанавливаемым на машину.



Таблица 2.
Габариты	Обозначение машин в зависимости от исполнения по степени защиты и способу охлаждения	Способ охлаждения по ГОСТ 20459-87	Степени защиты по ГОСТ 17494-87	Виды климатических исполнения ГОСТ 15150-69
от 200 до 315 включительно	Н	IC01	IP23	УХЛ4, У3
» 225 » 250 »	Ф	IC05
» 200 » 315 »		IC06*
» 200 » 315 »		IC17
» 200 » 280 »	П	IC37	IP44
200M, 225M, 250M, 280S, 280M	Б	IC0041
200S, 200M	О	IC141
от 200 до 315 включительно	Н	IC01	IP23	О4
» 225 » 250 »	Ф	IC05
» 200 »315»		IC06*
» 200 » 315 »		IC17
» 200 » 280 »	П	IC37	IP44
200M, 225M, 250M, 280S, 280M	Б	IC0041
200S, 200M	О	IC141

* По требованию заказчика допускается изготовление двигателей со способом охлаждения IC17 по ГОСТ 204-87. При этом вентилятор «Наездник» не устанавливается. Подача охлаждающего воздуха осуществляется потребителем.

Примечания:

1. Способ охлаждения генераторов и возбудителей по ГОСТ 20459-87, за исключением генераторов 4ПФМГ280 со способом охлаждения IC06.

2. По требованию заказчика в вентилятор типа "Наездник" может устанавливаться фильтр. При этом машины должны изготавливаться со встроенными температурными датчиками.

3. Степень защиты коробки выводов IP44 ГОСТ 17494-87.

Привод вентиляторов указан в табл. 3.

Таблица 3.
Типоразмер машины	Тип приводного двигателя
4ПФМ200	АИР63В2У3* 0,55кВт, 3000 об/мин
4ПФМ225 4ПФМ250 4ПФМ280 4ПФМ315	АИР90L2У3** 3,0кВт, 3000 об/мин

Прим. Допускается замена приводного двигателя: * на 4АА63В2УЗ, **4АМ90L2УЗ.

Машины изготавливаются на двух подшипниках качения. Конструкцией подшипниковых узлов предусмотрена частичная замена и пополнение смазки в условиях эксплуатации без разборки машины.

В торцевой крышке подшипникового щита со стороны коллектора имеется резьбовое отверстие, закрытое винтом, для осуществления контроля частоты вращения тахометром.

Машины могут быть как с тахогенератором на валу, так и без него.

Машины, имеющие обозначение с добавлением буквы «Г», (например 4ПФМ225МГ), имеют пристроенный со стороны коллектора тахогенератор, якорь которого насажен на конусный хвостовик вала машины и с торца закрепляется болтом.

Для машин серии 4П применяются тахогенераторы типа ТС-1М или ТП 75-20-02.

Технические данные:

§ крутизна выходного напряжения, B/об/мин - 0,03

§ частота вращения, об/мин:

§ минимальная - 0,1

§ номинальная - 3000

§ максимальная - 5000

§ температура окружающего воздуха, °C - от +1 до +40

Машины имеют два зажима заземления, расположенные на станине, у коробки выводов и в коробке выводов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Схема внутренних соединений машин параллельного (независимого) возбуждения серии 4П (вид со стороны коллектора)

Соединение катушек Катушки параллельного возбуждения - последовательно. Катушки добавочных полюсов - последовательно.	Расположение выводов Н и К катушек добавочных полюсов со стороны коллектора. Н1 и К1 катушек параллельного возбуждения со стороны коллектора.

Принцип действия

Рис. 2. Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (а) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (б): 1 -- обмотка возбуждения; 2 -- главные полюсы; 3 -- якорь; 4 -- обмотка якоря; 5 -- щетки; 6 -- корпус (станина)

Машина постоянного тока (рис. 2., а) имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По этой обмотке проходит постоянный ток I_в , который создает магнитное поле возбуждения Ф_в . На роторе расположена двухслойная обмотка, в которой при вращении ротора индуцируется ЭДС. Таким образом, ротор машины постоянного тока является якорем, а конструкция машины сходна с конструкцией обращенной синхронной машины.

При заданном направлении вращения якоря направление ЭДС, индуцируемой в его проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится проводник. Поэтому во всех проводниках, расположенных под одним полюсом, направление ЭДС одинаковое и сохраняется таким независимо от частоты вращения. Иными словами, характер, отображающий направление ЭДС на рис. 2, а, неподвижен во времени: в проводниках, расположенных выше горизонтальной оси симметрии, которая разделяет полюсы (геометрическая нейтраль), ЭДС всегда направлена в одну сторону; в проводниках, лежащих ниже геометрической нейтрали, ЭДС направлена в противоположную сторону.

При вращении якоря проводники обмотки перемещаются от одного полюса к другому; ЭДС, индуцируемая в них, изменяет знак, т. е. в каждом проводнике наводится переменная ЭДС. Однако количество проводников, находящихся под каждым полюсом, остается неизменным. При этом суммарная ЭДС, индуцируемая в проводниках, находящихся под одним полюсом, также неизменна по направлению и приблизительно постоянна по величине. Эта ЭДС снимается с обмотки якоря с помощью скользящего контакта, включенного между обмоткой и внешней цепью.

Обмотка якоря выполняется замкнутой, симметричной (рис. 2,б). При отсутствии внешней нагрузки ток по обмотке не проходит, так как ЭДС, индуцируемые в различных частях обмотки, взаимно компенсируются.

Если щетки, осуществляющие скользящий контакт с обмоткой якоря, расположить на геометрической нейтрали, то при отсутствии внешней нагрузки к щеткам прикладывается напряжение U, равное ЭДС Е, индуцированной в каждой из половин обмоток. Это напряжение практически неизменно, хотя и имеет некоторую переменную составляющую, обусловленную изменением положения проводников в пространстве. При большом количестве проводников пульсации напряжения весьма незначительны.

При подключении к щеткам сопротивления нагрузки R_н через обмотку якоря проходит постоянный ток I_а , направление которого определяется направлением ЭДС Е. В обмотке якоря ток I_а разветвляется и проходит по двум параллельным ветвям (токи i_a ).

Для обеспечения надежного токосъема щетки скользят не по проводникам обмотки якоря (как это было вначале развития электромашиностроения), а по коллектору, выполняемому в виде цилиндра, который набирается из медных пластин, изолированных одна от другой. К каждой паре соседних коллекторных пластин присоединяют часть обмотки якоря, состоящую из одного или нескольких витков; эту часть называют секцией обмотки якоря.

Если машина работает в генераторном режиме, то коллектор вместе со скользящими по его поверхности щетками является выпрямителем. В двигательном режиме, когда к якорю подводится питание от источника постоянного тока и он преобразует электрическую энергию в механическую, коллектор со щетками можно рассматривать как преобразователь частоты, связывающий сеть постоянного тока с обмоткой, по проводникам которой проходит переменный ток.

Таким образом, главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора и скользящего контакта между обмоткой якоря и внешней электрической цепью.

На рис. 3 дан чертеж современной машины постоянного тока с продольным и поперечным разрезами. Статор состоит из станины 1 и прикрепленных к ней главных 2 и дополнительных 3 полюсов. Станину машин относительно небольшой мощности изготовляют из отрезков цельнотянутых стальных труб, а у мощных машин выполняют сварной из толстолистового стального проката. Для закрепления машины на фундаменте или исполнительном механизме к нижней части станины приваривают лапы 4, а для транспортировки в станину ввертывают рым-болты 5.

На сердечниках главных полюсов размещают обмотку возбуждения 6, которую изготовляют в виде катушек из медных изолированных проводников круглого или прямоугольного сечения. Катушки изолируют лентой и после пропитки и сушки насаживают на сердечник полюса и закрепляют стальными пружинящими рамками. Иногда для увеличения поверхности охлаждения катушку делят на две части. Полюс с надетой на него катушкой прикрепляют к станине болтами.

Дополнительные полюсы располагают между главными полюсами и вместе с катушками 14 их обмотки возбуждения также болтами прикрепляют к станине.

Якорь состоит из сердечника 7, обмотки 8 и коллектора 9.

Сердечник собирают из отдельных листов толщиной 0,5 мм, которые штампуют из электротехнической стали. В листах якоря вырубают пазы, в которые укладывают обмотку якоря. Укладка обмотки в пазы обеспечивает надежное ее закрепление на вращающемся якоре и уменьшает воздушный зазор между полюсом и якорем. Обмотку в пазу закрепляют клином из стеклотекстолита или бандажами, располагаемыми в кольцевых канавках сердечника якоря 13. Вне пазов, в лобовых частях, обмотку закрепляют бандажами 12 из проволоки или стеклоленты.

Собранный сердечник якоря спрессовывают между двумя нажимными шайбами и закрепляют на валу втулкой либо пружинным разрезным кольцом.

Станина, сердечники полюса и якоря являются участками магнитопровода, по которым замыкается магнитный поток, созданный обмотками возбуждения. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути этого потока все указанные участки выполняют из стали. Для этой же цели воздушный зазор между якорем и полюсами стараются принимать меньшим. Обычно он составляет доли миллиметра у небольших машин и несколько миллиметров у более мощных.

При вращении якоря сталь его сердечника будет перемагничиваться, в ней будут индуктироваться переменные токи - вихревые, которые будут вызывать потери. Для снижения потерь от вихревых токов сердечник, как уже указывалось, собирается из отдельных изолированных друг от друга листов. Для изоляции листы после штамповки покрывают лаком. Из-за зубчатого строения якоря в зазоре будет происходить пульсация потока, в результате чего в полюсном наконечнике также будут наводиться вихревые токи, для уменьшения которых наконечник и весь полюс собирают из отдельных листов.

По коллектору скользят неподвижные щетки, которые размещаются в щеткодержателях. Щеткодержатели закрепляют на цилиндрических или призматических пальцах 10, которые в свою очередь закрепляют на траверсе 11. Пальцы выполняют из гетинакса либо из стали, опрессо-ванной пластмассой в месте сочленения его с траверсой. Обычно число пальцев выбирают равным числу полюсов.

Якорь вращается в подшипниках 15, которые размещены в торцевых щитах, называемых подшипниковыми щитами 16.

Некоторые конструктивные элементы машины рассмотрим подробнее.

Главные полюсы (рис. 4) собирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 1 мм. Листы спрессовывают в пакет и скрепляют стальными заклепками, число которых принимают не менее четырех. Крайние листы полюса выполняют из более толстой стали (4 - 10 мм) во избежание распушения листов.



Для того чтобы получить необходимый характер распределения магнитного поля в воздушном зазоре, полюс заканчивают полюсным наконечником определенной формы.

Воздушный зазор между полюсами и якорем или выполняют одинаковым по всей ширине полюсного наконечника, или под краями наконечника вследствие его скоса делают больше. Иногда делают эксцентричный воздушный зазор, при котором центры радиусов якоря и наконечника полюса не совпадают. Зазор при этом постепенно увеличивается от середины полюса к его краю (рис. 5).

В полюсе имеется отверстие с резьбой, в которое вворачивается болт, с помощью которого полюс прикрепляют к станине. Для более надежного крепления полюса у крупных машин и машин, работающих в условиях тряски, болты вворачивают в специальный стержень, вставленный в полюс (см. рис.4). Сердечник якоря может состоять из одного или нескольких пакетов. При длине сердечника менее 25 см он выполнен из одного пакета (рис. 6) и при большей длине - из нескольких (рис. 7). Между пакетами с помощью специальных распорок создают вентиляционные каналы, предназначенные для лучшего охлаждения якоря.

Форму пазов, вырубаемых в сердечнике якоря, выбирают овальной полузакрытой для машин небольшой мощности и прямоугольной открытой для машин средней и большой мощности (рис. 8). Между стенками паза и проводниками обмотки укладывают изоляцию (пазовая изоляция). На рис. 8 показано крепление обмотки в пазу с помощью клина.

Коллектор состоит из большого числа электрически изолированных друг от друга пластин, которые штампуют из профильной меди (рис. 9). Изоляцию осуществляют тонкими прокладками, вырубленными из миканита (прессованная слюда), которые закладывают между медными пластинами. Прокладки имеют форму пластин. Набор коллекторных пластин с прокладками должен быть прочно закреплен и должен иметь строго цилиндрическую форму.

По способу крепления пластин существует большое многообразие конструкций коллекторов, две из которых показаны на рис. 10. На рис. 10, а коллекторные пластины зажимаются между корпусом и нажимным фланцем. Корпус и нажимной фланец выполняют из стали, а для изоляции на них надевают миканитовые манжеты. На рис. 10,б показано крепление пластин с помощью пластмассы. В настоящее время для машин небольшой и средней мощности наибольшее применение находят коллекторы с пластмассовым корпусом.

Собранный коллектор насаживают на вал и закрепляют от проворачивания шпонкой. К каждой коллекторной пластине подсоединяют проводники от секций, из которых состоит обмотка якоря. Для подсоединения проводников у коллекторных пластин со стороны, обращенной к якорю, выполняют выступы, называемые петушками, в которых фрезеруют шлицы. В эти шлицы закладывают и затем запаивают проводники обмоток.

Щеткодержатели (рис. 11) в машинах постоянного тока выполняют с радиальным или с наклонным по отношению к поверхности коллектора перемещением щетки. Наиболее распространенными являются щеткодержатели с радиальным перемещением щетки. Наклонные щеткодержатели - реактивные щеткодержатели - применяют для машин с односторонним направлением вращения. Щетки прижимают к коллектору пружинами.

Дополнительные полюсы предназначены для улучшения работы щеточного контакта (уменьшения искрения). Сердечники дополнительных полюсов могут быть выполнены цельными из полосовой стали или собранными из отдельных листов электротехнической стали толщиной 1 мм.

В последнее время наметилась тенденция собирать статор двигателей постоянного тока из отдельных листов электротехнической стали. Штамп в листе одновременно вырубает ярмо, главные и дополнительные полюсы.



2.1 Техническое обслуживание машин постоянного тока серии 4П

Объем работ по техническому обслуживанию.

Типовой объем работ по техническому обслуживанию включает: ежедневный надзор за выполнением правил эксплуатации в соответствии с инструкцией завода-поставщика (контроль нагрузки, температуры отдельных узлов электрической машины, температуры охлаждающей среды при замкнутой системе охлаждения, наличия смазочного материала в подшипниках, отсутствие посторонних шумов и вибраций контактных колец и др.), ежедневную проверку исправности заземления, контроль за выполнением работающими на электрооборудовании правил техники безопасности, отключение электрических машин в аварийных ситуациях; мелкий ремонт, который выполняется во время перерывов в работе основного технологического оборудования и не требует специальной остановки электрических машин (подтяжка контактов и креплений, замена щеток, регулирование траверс, подрегулирование пуско-регулировочной аппаратуры и системы защиты, чистка доступных частей машины и т.д.), участие в приемо-сдаточных испытаниях после монтажа и наладки электрических машин и систем их защиты и управления; плановые осмотры машин по утвержденному главным энергетиком графику с заполнением карты осмотра.

Типовой объем работ при текущем ремонте содержит: выполнение операций по техническому обслуживанию, отключение машины от питающей сети и от приводного механизма, очистку внешних поверхностей от загрязнения; разборку электрической машины в необходимом для ремонта объеме; проверку подшипников, их промывку, замену подшипников качения, если зазоры в них превышают допустимые, проверку, очистку и ремонт крепления вентилятора; проверку и ремонт системы принудительной вентиляции, осмотр, очистку и продувание сжатым воздухом обмоток, коллектора, вентиляционных каналов, проверку состояния и надежности крепления лобовых частей обмоток, ликвидацию выявленных дефектов, устранение местных повреждений изоляции обмоток, сушку обмоток, покрытие их лобовых частей лаком; проверку и подтяжку крепежных соединений и контактов с заменой дефектных крепежных деталей, проверку и регулировку щеткодержателей, траверс, короткозамыкающих приспособлений, механизмов подъема щеток; зачистку и шлифовку контактных колец, продороживание коллектора; проверку состояния и правильности обозначений выводных концов обмоток и клеммных колодок с необходимым ремонтом; замену фланцевых прокладок и уплотнений; проверку герметичности взрывобезопасных машин; сборку машины и проверку защитного заземления; присоединение машины к сети и проверку ее работы на холостом ходу и под нагрузкой; ликвидацию повреждений окраски; приемо-сдаточные испытания и сдачу машины в эксплуатацию.

Типовой объем работ при капитальном ремонте включает: операции текущего ремонта; проверку осевого разбега ротора и радиальных зазоров подшипников скольжения с последующей перезаливкой вкладышей; замену подшипников качения; полную разборку машины с чисткой и промывкой всех механических деталей; замену дефектных обмоток (включая ремонт короткозамкнутых обмоток), очистку и продувку сохраняемых обмоток; пропитывание лаком и сушку обмоток, покрытие их лобовых частей покровными лаками и эмалями; ремонт коллекторов, контактных колец и щеточных узлов (вплоть до их замены новыми); ремонт магнитопроводов; ремонт подшипниковых щитов, корпуса; ремонт вала; ремонт или замену вентилятора; замену неисправных пазовых клиньев, изоляционных деталей; маркировку выводных концов; сборку и окраску машины; приемо-сдаточные испытания; сдачу машины в эксплуатацию.

2.2 Основные неисправности машин постоянного тока серии 4П.

Искрение щеток машин постоянного тока.

Искрение щеток может быть вызвано множеством причин, которые требуют от обслуживающего персонала внимательного наблюдения за системой скользящего контакта и щеточного аппарата. К основным из этих причин относятся механические (механическое искрение) и электромагнитные (электромагнитное искрение).

Механические причины, вызвавшие искрение, не зависят от нагрузки. Искрение щеток можно уменьшить, повышая или снижая давление на щетки, и, если возможно, снижая окружную скорость.

При механическом искрении искры зеленого цвета распространяются по всей ширине щетки, подгар коллектора не закономерный, беспорядочный. Механические искрения щеток вызываются: местным или общим биением, задирами на скользящей поверхности коллектора, царапинами, выступающей слюдой, плохой продорожкой коллектора (прорезка слюды между коллекторными пластинами), тугой или слабой посадкой щеток в обоймы щеткодержателей, податливостью бракет, вызывающей вибрацию щеток, вибрацией машин и др.

Электромагнитные причины, вызывающие искрение щеток, более сложные при их выявлении. Искрение, вызванное электромагнитными явлениями, изменяется пропорционально нагрузке и мало зависит от частоты вращения.

Электромагнитное искрение обычно имеет бело-голубой цвет. Форма искр шаровидная или каплеобразная. Подгар коллекторных пластин носит закономерный характер, по которому можно определить причину искрения.

Если в обмотке и уравнителях произойдет замыкание, нарушится пайка или возникнет прямой обрыв, искрение будет неравномерным под щетками, а подгоревшие пластины расположатся по коллектору на расстоянии одного полюсного деления.

Если щетки под бракетом одного полюса искрят больше, чем под бракетами других полюсов, значит, произошло витковое или короткое замыкание в обмотках отдельных главных или добавочных полюсов; неправильно расположены щетки или ширина их больше допустимой.

Кроме того, в машинах постоянного тока могут наблюдаться дополнительные нарушения:

* смещение щеточной траверсы с нейтрали вызывает искрение и нагрев щеток и коллектора;

* деформация скользящей поверхности коллектора вызывает вибрацию и искрение щеток;

* несимметрия магнитного поля вызывает снижение порога реактивной ЭДС, ухудшает коммутирующую способность машины, что, в свою очередь, вызывает искрение щеток. Магнитное поле машины симметрично, если строго соблюдаются правильный шаг по окружности между наконечниками главных и дополнительных полюсов и выдержаны расчетные зазоры под полюсами.

У крупных машин настройка электромагнитных цепей выполняется по методу безыскровой зоны.

Повышенный нагрев машины постоянного тока.

В машине постоянного тока имеется несколько источников тепла, нагревающих все ее элементы.

В понятие повышенного нагрева изоляции входит переход через определяемый нормами допустимый предел принятых в электромашиностроении классов нагревостойкости изоляции.

В практике электромашиностроительных заводов нашей страны внедрено правило создания определенного запаса по теплостойкости изоляции за счет принятия рабочих температур на класс ниже, чем допускает использованная изоляция. Большинство машин сейчас изготовляется с изоляцией нагревостойкости класса F; это означает, что допустимые превышения температур обмоток должны быть такими же, как для класса В, т. е. примерно 80 °С. Это правило введено вследствие аварийных разрушений изоляции обмоток прокатных машин из-за повышенных температур.

Перегрев машин постоянного тока может быть вызван множеством причин.

При перегрузке машин возникает общий перегрев от тепла, выделенного обмоткой якоря, дополнительными полюсами, компенсационной обмоткой и обмоткой возбуждения. Нагрузка крупных машин контролируется по амперметру, а нагрев обмоток по приборам, соединенным с датчиками, вмонтированными в различные изолированные элементы машины -- обмотку якоря, дополнительные полюса, компенсационную обмотку, обмотку возбуждения. В особо ответственных крупных прокатных двигателях, работающих в тяжелых режимах, на пост управления оператору и в машинный зал выведены сигналы, предупреждающие о повышении температуры машины до предельного значения.

Перегрев может быть вызван высокой температурой помещения, в котором установлены машины. Причиной этого может быть неисправная вентиляция машинного помещения. Все каналы для подачи воздуха должны быть исправными, чистыми и транспортабельными. Фильтры должны систематически очищаться способом протяжки сеток через минеральное масло.

Воздухоохладители иногда забиваются микроорганизмами, затрудняющими поступление воды. Периодически воздухоохладители промывают водой обратным током.

Нагреву способствует грязь (пыль), попадающая в машину. Так, проведенные исследования электродвигателей показали, что угольная пыль слоем 0,9 мм, попадающая на обмотки, способствует повышению температуры на 10 °С.

Засорение обмоток, вентиляционных каналов активной стали, наружного корпуса машины недопустимо, так как это создает теплоизоляцию и стимулирует подъем температуры.

Перегрев обмотки якоря машины постоянного тока.

Наибольшее количество тепла может выделиться в якоре. Причины здесь могут быть разные.

Перегрузка всей машины, в том числе якоря, вызывает нагрев. Если машина работает на малых скоростях, а изготовлена как самовентилируемая, условия вентиляции ухудшены, якорь перегреется.

Коллектор как неотъемлемая часть якоря будет способствовать нагреву машины.

Температура коллектора может значительно повыситься при следующих обстоятельствах:

* постоянная работа машины на предельной мощности;

* неправильно выбраны щетки (твердые, высокий коэффициент трения);

* в машинном зале, где установлены электрические машины, низкая влажность воздуха. При этом коэффициент трения щеток увеличивается, щетки ускоренно срабатываются и греют коллектор.

Требование к поддержанию соответствующей влажности воздуха в машинных залах диктуется необходимостью обеспечивать наличие влажной пленки между щеткой и скользящей поверхностью коллектора как смазывающего элемента.

Неравномерный воздушный, зазор может оказаться одной из причин перегрева обмотки якоря. При неравномерном воздушном зазоре в части обмотки якоря индуктируется ЭДС, вследствие чего в обмотке возникают уравнительные токи. При значительной неравномерности зазоров они являются причиной нагрева обмотки и искрения щеточного аппарата.

Искажение магнитного поля машины постоянного тока происходит, как отмечалось, за счет неравномерности воздушных зазоров под полюсами, а также при неправильном включении катушек главных и дополнительных полюсов, виткового замыкания в катушках главных полюсов, из-за чего возникают уравнительные токи, которые вызывают нагрев обмотки и искрение щеток одного полюса сильнее другого.

При возникновении виткового замыкания в обмотке якоря машина долго работать не может, так как из-за перегрева может произойти выгорание короткозамкнутой секции и активной стали в очаге развития виткового замыкания.

Загрязнение обмотки якоря теплоизолирует ее, ухудшает удаление тепла из обмотки и в результате способствует перегреву.

Размагничивание и перемагничивание генератора. Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением может оказаться размагниченным еще до его первого пуска после монтажа. Находящийся в эксплуатации генератор размагничивается, если щетки сдвинуты с нейтрали по направлению вращения якоря. Это ослабляет магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой возбуждения.

Размагничивание, а затем и перемагничивание генератора с параллельным возбуждением возможно при пуске машины, когда магнитный поток якоря перемагничивает главные полюса и меняет полярность в. обмотке возбуждения. Это происходит в том случае, когда при пуске генератор оказывается подключенным к сети.

Остаточный магнетизм и полярность генератора восстанавливают намагничиванием обмотки возбуждения от постороннего источника пониженного напряжения.

При пуске двигателя его частота вращения чрезмерно возрастает. К основным неисправностям машин постоянного тока, из-за которых чрезмерно возрастает частота вращения, относят следующие:

* смешанное возбуждение -- параллельная и последовательная обмотки возбуждения включены встречно. В этом случае при пуске электродвигателя результирующий магнитный поток мал. При этом скорость будет резко возрастать, двигатель может пойти в «разное». Следует согласовать включение параллельной и последовательной обмоток;

* смешанное возбуждение -- щетки смещены с нейтрали против вращения. Это действует на двигатель размагничивающе, магнитный поток ослабляется, частота вращения возрастает. Щетки следует установить на нейтраль;

* последовательное возбуждение -- запуск двигателя без нагрузки недопустим. Двигатель пойдет в «разнос»;

* в параллельной обмотке витковое замыкание -- частота вращения двигателя возрастает. Чем больше будет замкнутых между собой витков обмотки возбуждения, тем меньше будет магнитный поток в системе возбуждения двигателя. Замкнутые катушки надо перемотать и заменить.

Возможны и другие неисправности, например.

Щетки смещены с нейтрали по ходу вращения двигателя. Происходит подмагничивание машины, т. е. магнитное поле усиливается, частота вращения двигателя уменьшается. Траверсу следует установить на нейтраль.

Обрыв или витковое замыкание в обмотке якоря. Скорость двигателя резко снижена или якорь совсем не вращается. Щетки сильно искрят. Следует помнить, что при обрыве в обмотке коллекторные пластины через два полюсных деления будут выгорать. Это объясняется тем, что при обрыве в обмотке в одном месте напряжение и ток под щеткой при разрыве цепи удваиваются. При обрыве рядом в двух местах напряжение и ток под щеткой утраиваются и т. д. Такую машину следует немедленно остановить на ремонт, иначе коллектор будет испорчен.

Двигатель «качает» при ослаблении магнитного потока в обмотке возбуждения. Двигатель спокойно работает до определенной частоты вращения, затем при повышении частоты вращения (в пределах паспортных данных) за счет ослабления поля в обмотке возбуждения, двигатель начинает сильно «качать», т. е. возникают сильные колебания по току и частоте вращения. В этом случае возможна одна из нескольких неисправностей:

* щетки смещены с нейтрали против направления вращения. Это, как указывалось выше, повышает частоту вращения якоря. На ослабленный поток обмотки возбуждения действует реакция якоря, при этом происходит, то усиление, то ослабление магнитного потока и соответственно меняется частота вращения якоря в режиме «качания»;

* при смешанном возбуждении последовательная обмотка включена встречно параллельной, в результате чего магнитный поток машины окажется ослабленным, частота вращения будет большой, и якорь попадает в режим «качания».

У машины мощностью 5000 кВт были изменены зазоры главных полюсов против заводского формуляра с 7 до 4,5 мм. Максимальная частота вращения, которой пользовались, составляла 75 % от номинальной. Затем, через несколько лет, повысили частоту вращения до 90--95 % против номинальной, в результате чего началось сильное «качание» якоря по току и частоте вращения.

Восстановить нормальное положение крупной машины удалось только, восстановив воздушный зазор под главными полюсами согласно формуляру вместо 4,5 мм до 7 мм. Допускать до режима «качания» любую машину, особенно крупную, нельзя.

2.3 Ремонт машин постоянного тока серии 4П.

Виды ремонта электрических машин

Эксплуатация электрических машин включает содержание их в исправном состоянии, устранение мелких неисправностей и ремонт. Основой правильной эксплуатации электрических машин являются эксплуатационные документы.

Они поставляются заводом-изготовителем вместе с машиной.
В число эксплуатационных документов входят: техническое описание; инструкция по эксплуатации; инструкция по техническому обслуживанию; инструкция по монтажу, пуску, регулированию и обкатке машин; формуляр, который составляется для машины, технические данные которой гарантируются заводом; ведомость запасных частей, инструментов и устройств, в которой указываются комплекты запасных частей, инструментов, приспособлений и материалов; ведомость эксплуатационных документов.

В результате практики эксплуатации оборудования на предприятиях разных отраслей промышленности сложилась так называемая система планово-предупредительного ремонта, под которой понимают плановый комплекс работ по поддержанию электрических машин и другого электрооборудования в рабочем состоянии.

В зависимости от особенностей, степени повреждений и износа электрических машин, а также трудоемкости ремонтных работ различают следующие виды ремонта: текущий, средний и капитальный.

Текущий ремонт является минимальным по объему видом ремонта, при котором обеспечивается нормальная эксплуатация машины до следующего планового ремонта. Во время текущего ремонта устраняются неисправности путем замены или обновления отдельных быстроизнашиваемых деталей, а также выполняются регулировочные работы. Этот ремонт производится эксплуатационным персоналом или ремонтными службами на месте установки машин.

Средний ремонт заключается в восстановлении эксплуатационных характеристик электрической машины путем ремонта или замены только изношенных или поврежденных деталей. Кроме того, обязательно проверяют техническое состояние остальных частей и ликвидируют обнаруженные неисправности. Может проводиться капитальный ремонт отдельных основных узлов. Средний ремонт выполняется подвижными или стационарными ремонтными службами.

...